JPH09277219A - 中空状セラミック焼結体の製法 - Google Patents

中空状セラミック焼結体の製法

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JPH09277219A
JPH09277219A JP9534196A JP9534196A JPH09277219A JP H09277219 A JPH09277219 A JP H09277219A JP 9534196 A JP9534196 A JP 9534196A JP 9534196 A JP9534196 A JP 9534196A JP H09277219 A JPH09277219 A JP H09277219A
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JP
Japan
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ceramic
sintered body
ceramic sintered
hollow ceramic
hollow
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Pending
Application number
JP9534196A
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English (en)
Inventor
Keisuke Makino
圭祐 牧野
Kenichi Mizuno
賢一 水野
Toru Shimamori
融 島森
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Niterra Co Ltd
Original Assignee
NGK Spark Plug Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 中空状セラミック焼結体を製造する際の歩留
まりが著しく向上する中空状セラミック焼結体の製法を
提供すること。 【解決手段】 Si34材料をスプレードライでプレス
用に造粒した粉末を1.5t/cm2 のCIPで成形
し、粗セラミック成形体を得た。この粗セラミック成形
体に旋盤による生加工を施し、第1及び第2セラミック
成形体11、12を得た。第1及び第2セラミック成形
体11、12は、製造しようとするガスタービン用部品
を2分割したときの各形状に対応した形状であり、ま
た、両者の密度差はほぼゼロである。両接合面11c、
12cを合わせ、ラテックスでコーティングし、4t/
cm2 の圧力でCIPを行った。その後、ラテックスを
除去し、焼成を行い、中空状セラミック焼結体であるガ
スタービン用部品を得た。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、少なくとも2つの
セラミック成形体を接合し焼結することにより中空状セ
ラミック焼結体を製造する方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来より、少なくとも2つのセラミック
成形体を接合し焼結することにより中空状セラミック焼
結体を製造する方法としては、特開昭64−33080
号公報に開示されたものが知られている。
【0003】即ち、特開昭64−33080号公報に
は、図11に示すように、2つの構成部分31、32か
らなるパイプ30が記載されている。このパイプ30を
製造するには、まず構成部分31、32を嵩密度の密度
差が5〜15%となるように成形し、次いで両者を接合
したあとコールドアイソスタティックプレス(以下「C
IP」という)に付し、その後焼成している。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開昭
64−33080号公報の製法によれば、構成部分3
1、32の密度差が5〜15%であるため、両構成部分
31、32を接合したのちCIPを行っている時に割れ
るとか、焼結時にひびが入るとか、仮に焼結できたとし
ても両者の寸法が合わないとかの不具合が生じるおそれ
があった。
【0005】本発明は上記課題に鑑みなされたものであ
り、中空状セラミック焼結体を製造する際の歩留まりが
著しく向上する中空状セラミック焼結体の製法を提供す
ることを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段、発明の実施の形態及び発
明の効果】上記課題を解決するため、本発明の中空状セ
ラミック焼結体の製法は、中空状セラミック焼結体を2
以上に分割したときの各形状に対応するセラミック成形
体を、それぞれの密度差が±5%以内となるように成形
する成形工程と、前記成形工程で製造したセラミック成
形体同士を等方圧プレスにより接合する接合工程と、前
記接合工程で接合したセラミック成形体を焼結して中空
状セラミック焼結体とする焼結工程とを含んでなること
を特徴とする。
【0007】本発明においては、まず、目的とする中空
状セラミック焼結体を2以上に分割したときの各形状に
対応するセラミック成形体を成形する(成形工程)。こ
のとき、各セラミック成形体の密度差が±5%以内とな
るようにする。密度差がこの範囲を超える場合には、接
合工程において等方圧プレスを行う時に割れたり、焼結
工程の際にクラックや割れが入ったり、焼結後に寸法が
合わなかったりするおそれがある。これらの問題点は、
本発明で製造しようとするセラミック焼結体が中空状で
あるため、一層起こりやすい。
【0008】成形工程において、各セラミック成形体の
密度差を±5%以内とするには、例えば、1つの粗セラ
ミック成形体を成形し、この粗セラミック成形体から各
セラミック成形体を得るようにしてもよい。この場合、
各セラミック成形体の密度は元となる粗セラミック成形
体と一致するため、密度差をほぼゼロにすることができ
る。あるいは、各セラミック成形体を成形するに当り、
セラミック組成物を等方圧プレス、射出成形又は押出成
形等にて、予め成形時のプレス圧と密度の関係を求めた
上で、成形・生加工を行ってもよい。このうち、CIP
のような等方圧プレスにて成形することが、密度の管理
を容易に行うことができ、しかも射出成形等に比べて設
備費や成形コストが嵩まない点で好ましい。なお、成形
体の密度は周知の方法を用いて測定することができる
が、複雑形状の場合には、例えば、既知の密度を有する
不溶性の樹脂又はゴムを用いて成形体に一定量被覆し、
この状態でアルキメデス法を用いて密度を測定するのが
好ましい。
【0009】続いて、セラミック成形体同士を等方圧プ
レスにより接合する(接合工程)。等方圧プレスの圧力
値は、接合後のセラミック成形体の密度が成形工程で得
られたセラミック成形体の密度よりも大きくなるように
定める。例えば、成形工程を1.5t/cm2 のCIP
で行った場合、接合工程では1.5〜10t/cm2
CIPを行うことが好ましい。尚、接合後のセラミック
成形体を焼結前に加工する(例えば合わせ面の段差をな
くすように切削する等)場合には、密度が大きくなり過
ぎないように圧力値を定める(上述の例では例えば1.
5〜2t/cm 2 )。
【0010】この接合工程において、等方圧プレスによ
り接合する前に、各セラミック成形体同士の接合面を合
わせたあと、ラテックス等により少なくとも合わせ面を
シールすることが好ましい。これは、等方圧プレスを行
う際には加圧媒体中で加圧するが、この加圧媒体が合わ
せ面に侵入しないようにするためである。尚、ラテック
ス等は、焼成前に手で取り除いてもよいし、焼成温度以
下又は材料に悪影響を与えない温度以下(例えば450
℃の炉)で焼いてもよい。
【0011】また、接合工程において、等方圧プレスに
より接合する前に、各セラミック成形体の接合面に揮発
性液体を塗布して湿潤させたあと各接合面を合わせても
よい。あるいは、各セラミック成形体同士の接合面を合
わせたあと、その合わせ面に揮発性液体を流し込んでも
よい。いずれの場合も、各接合面は弱い力ながら接合す
るため、等方圧プレスを行う上で取り扱いが容易とな
る。ここで、揮発性液体としては、例えばエタノール、
メタノール、アセトン等が挙げられる。また、各セラミ
ック成形体同士の接合面を合わせたあと、その合わせ面
に共素地泥漿を流し込んでもよい。この場合、合わせ面
に隙間があったとしても、共素地泥漿により埋めること
ができる。ここで、共素地泥漿としては、例えば揮発性
液体にセラミック成形体のセラミック成分を分散させた
ものが挙げられる。
【0012】また、セラミック成形体同士の接合面の形
状は特に限定されるものではないが、略円錐台状である
ことが好ましい。例えば、接合面が円筒状であれば、接
合面の精度が低いと隙間が生じてしまい両者が接合しな
いというおそれがあるが、接合面が略円錐台状であれ
ば、接合面の精度が低くても両者は接合する。このた
め、接合面が略円錐台状であることが好ましいのであ
る。
【0013】最後に、接合したセラミック成形体を焼結
して中空状セラミック焼結体とする(焼結工程)。この
ときの焼成温度は、用いるセラミック材料に応じて適宜
定める。以上のように、本発明の中空状セラミック焼結
体の製法によれば、接合工程において等方圧プレスを行
う時に割れたり、焼結工程の際にひびが入ったり、焼結
後に寸法が合わなかったりするおそれがないため、中空
状セラミック焼結体を製造する際の歩留まりが著しく向
上するという効果が得られる。特に、大型部品、長尺部
品または複雑形状品は生加工が困難なので、本発明の製
法を適用することによりコスト低減、歩留まり及び寸法
精度の向上を図ることができる。
【0014】
【実施例】以下に、本発明の好適な実施例を図面に基づ
いて説明する。尚、本発明の実施の形態は、下記の実施
例に何ら限定されるものではなく、本発明の技術的範囲
に属する限り種々の形態を採り得ることはいうまでもな
い。
【0015】図1は粗セラミック成形体を成形するため
のCIP用の型の概略断面図、図2は粗セラミック成形
体の断面図、図3は各セラミック成形体の断面図、図4
は各セラミック成形体を接合した接合体の断面図、図5
は中空状セラミック焼結体であるガスタービン用部品の
断面図である。
【0016】本実施例は、下記の成形工程、接合工程、
焼結工程を経ることにより図5に示すガスタービン用部
品1を製造した一例である。 [1]成形工程 図1に示す型20は、筒状ゴム型21と、この筒状ゴム
型21の一方の開口部分を閉塞する第1円盤状ゴム型2
2と、筒状ゴム型21の他方の開口部分を閉塞する第2
円盤状ゴム型23と、筒状ゴム型21の軸中心に配置さ
れたプレスピン24とを備えている。プレスピン24
は、円筒を2段に重ねた構造であり、小径側が第1円盤
状ゴム型22の中央に設けられた孔に差し込まれ、大径
側が第2円盤状ゴム型23の中央に設けられた孔に差し
込まれている。
【0017】この型20のうち、筒状ゴム型21、第1
及び第2円盤状ゴム型22、23、プレスピン24によ
り囲まれた部分にα−Si34、Y23、AlN、Al
23の各粉末を重量比で88:6:3:3で湿式混合し
て得たスラリーをスプレードライでプレス用に乾燥造粒
した粉末を入れ、1.5t/cm2 のCIPで成形し、
図2に示す粗セラミック成形体10を得た。この粗セラ
ミック成形体10は、円柱形状であって、その中心には
段差をもった貫通孔10aが設けられている。
【0018】この粗セラミック成形体10に旋盤による
生加工を施し、図3に示す第1及び第2セラミック成形
体11、12を得た。第1セラミック成形体11は、円
筒部11aとリング部11bとを備え、リング部11b
の外周は略円錐台状に形成されて接合面11cを成して
いる。第2セラミック成形体12は、略ラッパ状の筒体
であり、大径側の開口には第1セラミック成形体11の
接合面11cと略一致する略円錐台状の接合面12cが
形成されている。
【0019】尚、第1及び第2セラミック成形体11、
12は、図5のガスタービン用部品を破線pにて2つに
分割したときの各形状に対応している。また、第1及び
第2セラミック成形体11、12は、共に粗セラミック
成形体10を生加工したものであるため、両者の密度差
はほぼゼロであり±5%以内である。 [2]接合工程 第1セラミック成形体11の接合面11cと第2セラミ
ック成形体12の接合面12cにエタノールを塗布して
湿潤させ、両接合面11c、12cを合わせ、図4に示
す接合体13とした。このようにエタノールを塗布して
接合面11c、12cを合わせることで、すでに弱い力
ながら接合していた。尚、合わせられた接合面11c、
12cを合わせ面13cと称する。
【0020】次いで、Si34材料をエタノールに懸濁
させた共素地泥漿を接合体13の合わせ面13cに流し
込んだ。このように共素地泥漿を流し込むことで、合わ
せ面13cの隙間が埋められた。続いて、エタノールを
充分蒸発させた後、接合体13の全面にラテックスを塗
布し、乾燥させた。このラテックスは、第1及び第2セ
ラミック成形体11、12の収縮に追従し、後述するC
IPを行うときの加圧媒体の侵入を防ぐものである。
【0021】続いて、ラテックスをコーティングした接
合体13を4t/cm2 の圧力でCIPを行った。その
後、この接合体13を焼成温度以下である450℃の炉
で焼くことによりラテックスを除去した。 [3]焼結工程 CIPを行った接合体13を常圧の窒素雰囲気中、17
00℃で4時間という条件下で焼成を行い、中空状セラ
ミック焼結体である図5のガスタービン用部品1を得
た。このガスタービン用部品1にはひび割れや寸法違い
などが生じていなかった。また、このガスタービン用部
品1は、ガスタービン用として十分な強度を有してい
た。
【0022】尚、このガスタービン用部品1は、貫通孔
1aに燃焼器の金属性の燃料噴射口が配置されるもので
あり、外部の形状に沿ってガスが流通するものである。 [その他の実施例]図6〜図10に示すような中空状セ
ラミック焼結体についても、上記実施例と同様にして製
造することができる。
【0023】即ち、図6の中空状セラミック焼結体2を
製造する際には、各セラミック成形体の形状は、破線a
により切断して2分割した形状に対応させてもよいし、
破線bにより切断して2分割した形状に対応させてもよ
い(尚、破線aと破線bで切断して3分割した形状に対
応させてもよい)。
【0024】図7の中空状セラミック焼結体3を製造す
る際には、各セラミック成形体の形状は、破線cにより
切断して2分割した形状に対応させてもよいし、破線d
により切断して2分割した形状に対応させてもよい
(尚、破線cと破線dで切断して3分割した形状に対応
させてもよい)。
【0025】図8の中空状セラミック焼結体4を製造す
る際には、各セラミック成形体の形状は、破線eにより
切断して2分割した形状に対応させてもよいし、破線f
により切断して2分割した形状に対応させてもよいし、
破線gにより切断して2分割した形状に対応させてもよ
い(尚、破線e〜gの2箇所以上で切断して3分割以上
にしてもよい)。
【0026】図9の中空状セラミック焼結体5を製造す
る際には、各セラミック成形体の形状は、破線hにより
切断して2分割した形状に対応させてもよいし、破線i
により切断して2分割した形状に対応させてもよいし、
破線jにより切断して2分割した形状に対応させてもよ
い(尚、破線h〜jの2箇所以上で切断して3分割以上
にしてもよい)。
【0027】図10の中空状セラミック焼結体6を製造
する際には、各セラミック成形体の形状は、破線kと破
線m(もしくは破線n)により切断して3分割した形状
に対応させてもよいし、破線lと破線m(もしくは破線
n)により切断して3分割した形状に対応させてもよい
(尚、破線k〜nの3箇所以上で切断して4分割以上に
してもよい)。
【図面の簡単な説明】
【図1】 粗セラミック成形体を成形するためのCIP
用の型の概略断面図である。
【図2】 粗セラミック成形体の断面図である。
【図3】 第1及び第2セラミック成形体の断面図であ
る。
【図4】 第1及び第2セラミック成形体を接合した接
合体の断面図である。
【図5】 ガスタービン用部品の縦断面図である。
【図6】 他の中空状セラミック焼結体の縦断面図であ
る。
【図7】 他の中空状セラミック焼結体の縦断面図であ
る。
【図8】 他の中空状セラミック焼結体の縦断面図であ
る。
【図9】 他の中空状セラミック焼結体の縦断面図であ
る。
【図10】 他の中空状セラミック焼結体の縦断面図で
ある。
【図11】 従来の製法により製造されたパイプの銃断
面図である。
【符号の説明】
1・・・ガスタービン用部品、 10・・・粗セラミ
ック成形体、11・・・第1セラミック成形体、11c
・・・接合面、12・・・第2セラミック成形体、12
c・・・接合面、13・・・接合体、 1
3c・・・合わせ面、20・・・型

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 中空状セラミック焼結体を2以上に分割
    したときの各形状に対応するセラミック成形体を、それ
    ぞれの密度差が±5%以内となるように成形する成形工
    程と、 前記成形工程で製造したセラミック成形体同士を等方圧
    プレスにより接合する接合工程と、 前記接合工程で接合したセラミック成形体を焼結して中
    空状セラミック焼結体とする焼結工程とを含んでなるこ
    とを特徴とする中空状セラミック焼結体の製法。
  2. 【請求項2】 前記成形工程において、1つの粗セラミ
    ック成形体を成形し、該粗セラミック成形体から各セラ
    ミック成形体を得ることを特徴とする請求項1記載の中
    空状セラミック焼結体の製法。
  3. 【請求項3】 前記成形工程において、等方圧プレスを
    利用して成形することを特徴とする請求項1又は2記載
    の中空状セラミック焼結体の製法。
  4. 【請求項4】 前記成形工程において、前記セラミック
    成形体は成形した後に生加工を施すことを特徴とする請
    求項1〜3のいずれかに記載の中空状セラミック焼結体
    の製法。
  5. 【請求項5】 前記接合工程において、前記セラミック
    成形体同士を等方圧プレスにより接合する前に、前記セ
    ラミック成形体同士の接合面に共素地泥漿を流し込むこ
    とを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の中空状
    セラミック焼結体の製法。
  6. 【請求項6】 前記接合工程において、前記セラミック
    成形体同士の接合面が略円錐台状であることを特徴とす
    る請求項1〜5のいずれかに記載の中空状セラミック焼
    結体の製法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005186033A (ja) * 2003-12-26 2005-07-14 Fuji Xerox Co Ltd マイクロリアクターチップの作製方法

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